DE3717119C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Ein richtung zum Regeln des Bremswiderstandes eines Frequenz wandlers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method and a Direction for regulating the braking resistance of a frequency converter according to the preamble of claim 1.
In vielen Anwendungsfällen handelt es sich bei dem von einem Frequenzwandler versorgten Verbraucher um ein Vierquadrantengerät, beispielsweise einen Aufzugsmotor. Das bedeutet, daß in beiden Umdrehungsrichtungen sowohl positive als auch negative Drehmomente auftreten,und dabei fließt Strom in beiden Richtungen.In many applications this is consumer supplied by a frequency converter Four quadrant device, for example an elevator motor. That means that in both directions of rotation both positive as well as negative torques occur, and thereby current flows in both directions.
Häufig wird, um die zurückfließende Energie abzulei ten, im Gleichspannungszwischenkreis des Frequenzwandlers ein Bremswiderstand vorgesehen, der über einen Schalter geregelt wird. Dieser Schalter kann z. B. ein Transistor sein. Beispielsweise im Fall eines Aufzugs mit Getriebeüber tragung ist diese Art der Ableitung der beim Bremsen vom Verbraucher zurückfließenden Energie sehr effizient. Insbe sondere wenn eine Schneckenrad-Übertragung vorgesehen ist, deren Wirkungsgrad niedrig ist, wird nur ein geringer Ener giebetrag zurückgeleitet. Deshalb kann mit ziemlich kleinen Widerständen die zurückgeleitete Energie in Wärme umgewandelt werden. Im Aufzugsbetrieb hat das Widerstandsbremsen noch einen weiteren Vorteil. Wenn ein Aufzug mit einem Notstrom aggregat arbeiten muß, bei dem es schwierig ist, zurückge leitete Energie in das Generatornetz einzuspeisen, stellt das Widerstandsbremsen eine vorteilhafte Alternative dar.It is often used to drain off the energy flowing back ten, in the DC link of the frequency converter a braking resistor is provided via a switch is regulated. This switch can e.g. B. a transistor be. For example, in the case of an elevator with a transmission Carrying is this type of derivation when braking from Consumers returning energy very efficiently. In particular especially if a worm wheel transmission is provided, their efficiency is low, only a low energy amount paid back. Therefore, with pretty small ones Resistors convert the returned energy into heat will. Resistance braking is still in operation another advantage. If an elevator with an emergency power aggregate that is difficult to return to feed energy into the generator network Resistance braking is an advantageous alternative.
Allerdings wirft die zum Widerstandsbremsen gehörende Schaltungstechnik gewisse Schwierigkeiten auf. So ist bei spielsweise aus den technischen Mitteilungen AEG-Telefunken 69 (1979), Heft 5/6, Seiten 197-201, eine Umrichterschaltung der eingangs genannten Art mit einem geregelten Bremswiderstand im Gleichspannungszwi schenkreis bekannt, bei der die Istspannung des Gleichspan nungszwischenkreises mit einem fest vorgegebenen Sollwert verglichen wird, und bei Überschreiten des Sollwerts den Bremswiderstand über den Regelkreis einschaltet. Insbesonde re wenn der Bremsschaltkreis auf diese Weise den absoluten Spannungspegel im Gleichspannungszwischenkreis des Frequenz wandlers mißt, ergeben sich bei Netzspannungsschwankungen Schwierigkeiten, weil der Bremswiderstand leitend geschal tet wird, wenn die Spannung die im voraus eingestellte Gren ze überschreitet. Insbesondere in Situationen mit Überspan nung versucht der Bremsschaltkreis das Ansteigen der Netz spannung zu beherrschen. In diesen Fällen bleibt der Brems widerstand kontinuierlich leitend. Auf der anderen Seite ist es wirtschaftlich nicht rentabel den Bremswiderstand so zu bemessen, daß er ständig leitend sein kann, weil er dann unverhältnismäßig groß würde.However, the one belonging to drag braking throws Circuitry certain difficulties. So is with for example from the technical reports from AEG-Telefunken 69 (1979), No. 5/6, pages 197-201, a converter circuit of the type mentioned at the beginning with a regulated braking resistor in DC voltage known circuit, in which the actual voltage of the DC voltage DC link with a fixed setpoint is compared, and when the setpoint is exceeded The braking resistor switches on via the control loop. In particular re when the brake circuit is absolute in this way Voltage level in the DC link of the frequency converter measures, result from fluctuations in the mains voltage Difficulties because the braking resistor is conductive if the voltage is the preset limit ze exceeds. Especially in situations with overspan The brake circuit tries to rise the network to control tension. In these cases, the brake remains resistance continuously conductive. On the other hand the braking resistor is not economically viable to be dimensioned in such a way that it can always be conductive because it then would become disproportionately large.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Schaltung zur Regelung des Bremswiderstands eines Frequenzwandlers zu schaffen, die abhängig von der Netzspannung eine variable Ansprechschwelle für das Einschalten des Bremswiderstandes liefert und den Bremswiderstand nicht bei Netzüberspannungen einschaltet. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren und die Einrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Weiterbildungen.The object of the invention is a method and a circuit for Regulation of the braking resistance of a frequency converter create a variable depending on the line voltage Response threshold for switching on the braking resistor supplies and the braking resistor not at mains overvoltages switches on. This task is accomplished through the procedure and the device according to claim 1 solved. The subclaims contain advantageous further training.
Das Verfahren und die Einrichtung gemäß der Erfindung zum Regeln des Bremswiderstandes eines Frequenzwandlers zeichnen sich dadurch aus, daß eine Bezugsspannung für das Einsetzen der Bremsregelung aus einer Spannung gebildet wird, die mittels einer zweiten Gleichrichterbrücke aus dem Dreiphasennetz gleichgerichtet wurde. Wenn die Bezugs spannung mit einer eigenen Gleichrichterbrücke erzeugt wird, erhält man eine Bezugsspannung, die von der Spannung im Gleichspannungszwischenkreis des Frequenzwandlers unabhängig ist und der Wechselspannung folgt, die dem Frequenzwandler zugeführt wird. Ein solches Prinzip funktioniert auch dann sicher, wenn im Wechselstromversorgungsnetz Überspannungen auftreten. Ferner kann die Energiezufuhr zur Bezugsspan nungsschaltung auf einfache Weise aus dem Dreiphasennetz entnommen werden, welches den Frequenzwandler versorgt.The method and the device according to the invention to regulate the braking resistance of a frequency converter are characterized in that a reference voltage for the Onset of the brake control formed from a voltage is made by means of a second rectifier bridge was rectified to the three-phase network. If the reference voltage is generated with its own rectifier bridge, you get a reference voltage that is equal to the voltage in the DC link of the frequency converter independent and follows the AC voltage that the frequency converter is fed. Such a principle works even then safe if there are overvoltages in the AC supply network occur. Furthermore, the energy supply to the reference chip voltage circuit in a simple manner from the three-phase network are removed, which supplies the frequency converter.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines schema tisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:In the following the invention is based on a schematic table illustrated embodiment explained in more detail. In the drawings:
Fig. 1 einen Frequenzwandler mit Wechselstrommotor; Figure 1 shows a frequency converter with an AC motor.
Fig. 2a die Phasenspannungen eines Dreiphasennetzes; FIG. 2a, the phase voltages of a three-phase network;
Fig. 2b die aus den Phasenspannungen des Dreiphasennetzes im Gleichrichter des Frequenzwandlers gebildeten positiven und negativen Spannungen sowie die gleich gerichtete Spannung. FIG. 2b shows the positive and negative voltages formed from the phase voltages of the three-phase network in the rectifier of the frequency converter and the rectified voltage.
Zunächst wird die Regelung des Bremswiderstandes des Frequenzwandlers anhand Fig. 1 erläutert, aus der her vorgeht, daß der Frequenzwandler einen Wechselstrommotor 3 speist. Der Frequenzwandler weist eine Gleichrichterbrücke 1 auf, die aus Dioden D1-D6 besteht, einen Kondensator C1, der zum Filtern der Gleichspannung im Gleichspannungszwi schenkreis dient, einen Wechselrichter 2, der die Dreipha sen-Versorgungsspannung für den Motor 3 erzeugt, sowie einen Bremswiderstand R1 im Gleichspannungszwischenkreis des Fre quenzwandlers, der durch einen Schalttransistor Q1 geregelt wird. Im Frequenzwandler 2 können beispielsweise Transisto ren als Halbleiterschalter vorgesehen sein.First, the regulation of the braking resistance of the frequency converter is explained with reference to FIG. 1, from which it follows that the frequency converter feeds an AC motor 3 . The frequency converter has a rectifier bridge 1 , which consists of diodes D 1- D 6 , a capacitor C 1 , which serves for filtering the DC voltage in the DC voltage intermediate circuit, an inverter 2 , which generates the three-phase supply voltage for the motor 3 , and a braking resistor R 1 in the DC voltage intermediate circuit of the frequency converter, which is regulated by a switching transistor Q 1 . In the frequency converter 2 , for example, transistors can be provided as semiconductor switches.
Die Spannung des Dreiphasennetzes, deren Phasenspan nungen UR, US und UT in Fig. 2a gezeigt sind, wird mittels der Gleichrichterbrücke zu der in Fig. 2b gezeigten Gleich spannung dU1 gleichgerichtet. Die Gleichspannung dU1 wird als arithmetisches Mittel der Beträge der positiven Spannung pU1 und der negativen Spannung nU1 gemäß Fig. 2b erhalten. Die Gleichspannung dU1 enthält eine Wechselspannungskompo nente, deren Frequenz der sechsfachen Netzfrequenz entspricht. The voltage of the three-phase network, whose phase voltages UR, US and UT are shown in Fig. 2a, is rectified by means of the rectifier bridge to the DC voltage dU 1 shown in Fig. 2b. The DC voltage dU 1 is obtained as the arithmetic mean of the amounts of the positive voltage pU 1 and the negative voltage nU 1 according to FIG. 2b. The DC voltage dU 1 contains an AC voltage component, the frequency of which corresponds to six times the mains frequency.
Aufgabe des Bremswiderstandes R1 ist es, bei bremsen dem Motor 3 die über den Wechselrichter 2 in den Gleichspan nungszwischenkreis abgegebene Energie in Wärme umzuwandeln. Der Bremswiderstand R1 wird mittels des Transistors Q1 so geregelt, daß er dann leitend ist, wenn eine Istwertspannung U1 im Gleichspannungszwischenkreis über einer Bezugsspannung U2 liegt, die mittels einer zweiten Gleichrichterbrücke 4 aus dem Dreiphasennetz gebildet wird. Wenn der Motor 3 bremst, steigt die Spannung im Gleichspannungszwischenkreis des Frequenzwandlers, weil Strom vom Motor 3 zum Gleichspan nungszwischenkreis fließt. Unter diesen Bedingungen arbeitet der Wechselrichter 2 als Gleichrichter. Die Istwertspannung U1 wird in einem Schaltkreis 5 gebildet. Die Bezugsspannung U2 wird in einem Schaltkreis 6 aus der gleichgerichteten Spannung gebildet, die in der zweiten Gleichrichterbrücke 4 mit Dioden D7-D12 aus dem Dreiphasennetz erzeugt wird. Die Bezugsspannung U2 besteht aus der Differenz zwischen der positiven Spannung pU2 und der negativen Spannung nU2. Ein in Fig. 1 gezeigter Siebkreis 7, der aus einem Kondensa tor C2 und einem Widerstand R2 besteht, hat die Aufgabe, die resultierende Spannung zu filtern. Damit wird klar, daß die aus der Differenz der positiven Spannung pU2 und der negativen Spannung nU2 gebildete Spannung nicht die gleiche Welligkeit hat wie die Spannung dU1.The task of the braking resistor R 1 is to convert the energy output via the inverter 2 into the DC voltage intermediate circuit when braking the motor 3 into heat. The braking resistor R 1 is controlled by means of the transistor Q 1 so that it is conductive when an actual value voltage U 1 in the DC voltage intermediate circuit is above a reference voltage U 2 , which is formed from the three-phase network by means of a second rectifier bridge 4 . When the motor 3 brakes, the voltage in the DC link of the frequency converter rises because current flows from the motor 3 to the DC link. Under these conditions, the inverter 2 works as a rectifier. The actual value voltage U 1 is formed in a circuit 5 . The reference voltage U 2 is formed in a circuit 6 from the rectified voltage which is generated in the second rectifier bridge 4 with diodes D 7- D 12 from the three-phase network. The reference voltage U 2 consists of the difference between the positive voltage pU 2 and the negative voltage nU 2 . A shown in Fig. 1 filter circuit 7, which consists of a Kondensa tor C 2 and a resistor R 2, has the task to filter the resulting voltage. This makes it clear that the voltage formed from the difference between the positive voltage pU 2 and the negative voltage nU 2 does not have the same ripple as the voltage dU 1 .
Der Schaltkreis 6 zum Bilden der Bezugsspannung U2 weist einen Verstärker 12 auf, der die positive Spannung pU2 in eine negative Spannung invertiert und das Niveau der Spannung reduziert, damit es für die nachfolgenden aus Operationsverstärkern bestehenden Funktionsblöcke geeignet ist. In einem Summierglied 13 werden die beiden Spannungen kombiniert, die proportional zu der von der zweiten Gleich richterbrücke 4 gebildeten positiven Spannung pU2 und nega tiven Spannung nU2 sind. Der Pegel der negativen Spannung nU2 kann mittels eines Eingangswiderstandes im Summierglied 13 herabgesetzt werden. The circuit 6 for forming the reference voltage U 2 has an amplifier 12 which inverts the positive voltage pU 2 into a negative voltage and reduces the level of the voltage so that it is suitable for the subsequent functional blocks consisting of operational amplifiers. In a summing element 13 , the two voltages are combined, which are proportional to the positive voltage pU 2 and negative voltage nU 2 formed by the second rectifier bridge 4 . The level of the negative voltage nU 2 can be reduced by means of an input resistor in the summing element 13 .
Der Schaltkreis 5 zum Bilden der Istwertspannung U1 weist einen Verstärker 10 auf, der das Niveau der positi ven Spannung pU1 reduziert, und diese Spannung in eine nega tive invertiert. In einem Summierglied 11 werden die beiden Spannungen kombiniert, die proportional zu der von der Gleichrichterbrücke 1 gebildeten positiven Spannung pU1 und negativen Spannung nU1 sind. Der Pegel der negativen Spannung nU1 kann mittels eines Eingangswiderstandes im Summierglied 11 herabgesetzt werden.The circuit 5 for forming the actual value voltage U 1 has an amplifier 10 which reduces the level of the positive voltage pU 1 , and inverts this voltage into a negative one. The two voltages, which are proportional to the positive voltage pU 1 and negative voltage nU 1 formed by the rectifier bridge 1 , are combined in a summing element 11 . The level of the negative voltage nU 1 can be reduced by means of an input resistor in the summing element 11 .
Ein Vergleich zwischen der Istwertspannung U1 und der Bezugsspannung U2 erfolgt im Komparator 8. Am Ausgang des Komparators 8 wird ein Steuersignal für eine Ansteuer einrichtung 9 des Transistors Q1 erhalten. Der Transistor Q1 wird mittels der Ansteuereinrichtung 9 so gesteuert, daß der im gleichen Zweig des Gleichspannungszwischenkreises mit dem Transistor Q1 angeordnete Bremswiderstand R1 dann leitend ist, wenn die Istwertspannung U1 größer ist als die Bezugsspannung U2. Dem Summierglied 13 wird ferner über einen Trimmer TR1 eine Spannung V- zugeführt, mittels der ein verstellbarer Offset zur Bezugsspannung U2 hinzugefügt wird. Dieser Offset dient dazu, die Bezugsspannung U2 zu erhöhen, damit die Periode, während der der Bremswiderstand R1 leitend ist, abgekürzt werden kann. Durch Verkürzen die ser leitenden Zeit des Bremswiderstandes R1 kann dessen Nennleistung kleiner gewählt werden. Die Ansteuereinrichtung 9 kann beispielsweise in Form einer Doppelemitterfolger schaltung vorgesehen sein, und am Eingang der Ansteuereinrich tung 9 kann ein Optokoppler angeordnet sein, um eine galva nische Isolierung zu erhalten.A comparison between the actual value voltage U 1 and the reference voltage U 2 takes place in the comparator 8 . At the output of the comparator 8 , a control signal for a control device 9 of the transistor Q 1 is obtained. The transistor Q 1 is controlled by means of the control device 9 such that the braking resistor R 1 arranged in the same branch of the direct voltage intermediate circuit with the transistor Q 1 is conductive when the actual value voltage U 1 is greater than the reference voltage U 2 . A voltage V- is also fed to the summing element 13 via a trimmer TR 1 , by means of which an adjustable offset is added to the reference voltage U 2 . This offset serves to increase the reference voltage U 2 so that the period during which the braking resistor R 1 is conductive can be shortened. By shortening the conductive time of the braking resistor R 1 , its nominal power can be selected to be smaller. The control device 9 can be provided, for example, in the form of a double emitter follower circuit, and an optocoupler can be arranged at the input of the control device 9 in order to obtain galvanic isolation.
Claims (6)
- a) mit einem Frequenzumrichter, bestehend aus einer an ein Dreiphasennetz (UR, US, UT) angeschlossenen Gleichrichter brücke (1), einem Gleichspannungszwischenkreis (pU1, nU1, C1), einem Wechselrichter (2) mit Rückspeisemöglich keit und daran angeschlossener Dreiphasenlast (3),
- b) mit einer am Gleichspannungszwischenkreis angeschlossenen Reihenschaltung aus Bremswiderstand (R1) und Schalter (Q1),
- c) mit einer Istwertspannung (U1), die mittels eines Schalt kreises (5) aus der Spannung des Gleichspannungszwischen kreises gebildet wird,
- d) mit einer Bezugsspannung (U2),
- e) mit einer Vergleichsschaltung (8), die die Istwertspan nung (U1) mit der Bezugsspannung (U2) vergleicht und den Schalter (Q1) dann leitend regelt, wenn die Istwert spannung (U1) größer als die Bezugsspannung (U2) wird,
- a) with a frequency converter, consisting of a rectifier bridge ( 1 ) connected to a three-phase network (UR, US, UT), a DC link (pU 1 , nU 1 , C 1 ), an inverter ( 2 ) with regenerative power and connected to it Three-phase load ( 3 ),
- b) with a series connection of braking resistor (R 1 ) and switch (Q 1 ) connected to the DC voltage intermediate circuit,
- c) with an actual value voltage (U 1 ), which is formed by means of a switching circuit ( 5 ) from the voltage of the DC intermediate circuit,
- d) with a reference voltage (U 2 ),
- e) a comparison circuit (8), which voltage the Istwertspan (U 1) with the reference voltage (U compares 2) and the switch (Q 1) then conductively controls when the actual voltage (U greater than 1) than the reference voltage (U 2 ) will
- f) eine zweite an das Dreiphasennetz (UR, US, UT) ange schlossene Gleichrichterbrücke (4) vorhanden ist, und
- g) ein zweiter Schaltkreis (6) vorhanden ist, der die Be zugsspannung (U2) aus der von der zweiten Gleichrichter brücke (4) gelieferten Gleichspannung (pU2, nU2) bildet.
- f) a second rectifier bridge ( 4 ) connected to the three-phase network (UR, US, UT) is present, and
- g) a second circuit ( 6 ) is present, which forms the reference voltage (U 2 ) from the bridge voltage supplied by the second rectifier ( 4 ) DC voltage (pU 2 , nU 2 ).
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